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伺服電機和直接驅動技術的優(yōu)勢

多年來，出于各種原因，步進電機一直是設計用于儀器儀表的流行的電機類型。步進電機已變得越來越商品化，并且可以輕松采購。此外，不斷增長的“創(chuàng)客運動”同時使它們更受歡迎并降低了成本。與伺服電機不同，步進電機不需要調整以優(yōu)化其性能。此外，使用步進電機執(zhí)行縮放和運動命令通常既快速又簡單。伺服電機在執(zhí)行復雜（扭矩、速度或位置）閉環(huán)時通常需要更多專業(yè)知識。微步進允許大多數(shù)現(xiàn)代驅動電子設備將步進電機步進或增量到每轉 50,800 步或更高的分辨率。

無框旋轉套件電機。

然而，實驗室自動化的宏觀趨勢正在促使儀器設計人員尋找步進電機的替代品。其中重要的是提高吞吐量的壓力。減少執(zhí)行測試所需的時間是降低成本的快方法之一。更小的占地面積是另一個重要的成本節(jié)約技術。更緊湊的儀器對于節(jié)省地板和工作臺空間至關重要。在生命科學儀器中，試劑占每次測試增量成本的很大一部分。降低成本需要減少樣品的大小和使用的試劑量。為了適應這種減少的樣本量，儀器的運動精度變得越來越重要。對多功能設計的渴望代表了另一個重要趨勢，因為消費者需要具有更大集成功能的儀器。現(xiàn)代儀器買家還需要越來越智能和感知的產品。一個特別受歡迎的屬性是“確定性”，它使儀器不僅可以了解所有位置，還可以了解電機運行參數(shù)的狀態(tài)，例如溫度或不同的故障條件。為了應對這些趨勢，儀器設計人員越來越多地轉向伺服電機和直接驅動技術。對于設計人員來說，探索這些技術中的每一種與步進電機的比較可能會有所幫助。

伺服電機與步進電機

與步進電機非常相似，伺服電機可用作傳統(tǒng)的旋轉電機 - 以及線性伺服電機（圖 1）。有幾個優(yōu)勢導致越來越多的儀器制造商傾向于使用伺服電機來提高其儀器的性能：更大的扭矩：對于在線性伺服等效中只需要短時間的扭矩或力的應用（通常用于加速物體），伺服電機可以在短時間內提供比連續(xù)處理更多的電流。

步進電機和伺服電機。

更高的速度：伺服電機的速度通常是典型步進電機的 2-3 倍。這可能允許設計人員增加額外的減少量，以在更小的封裝中獲得更大的扭矩。例如，比較兩個等效堆疊長度的 NEMA 框架電機：一個步進電機 (HV233) 和一個伺服電機 (SM233)。這兩種電機的性能曲線都是在環(huán)境溫度下相同的操作條件下生成的，并且每個電機都向驅動電子設備提供相同的 120 伏交流電。如果我們將步進電機的性能與伺服的連續(xù)性能進行比較，那么在低 RPM（小于 1000）時，步進電機具有輕微的扭矩優(yōu)勢；然而，一旦我們進入更高的 RPM，步進電機的扭矩性能會急劇下降，伺服的速度-扭矩性能變得更加突出。現(xiàn)在考慮伺服電機相對于步進電機的峰值性能。誠然，伺服器只能在這個峰值扭矩范圍內短時間運行，并且必須讓產生的熱量散發(fā)出去，但伺服器在這個運行范圍內的極端優(yōu)勢是顯而易見的。更高的精度：伺服電機使用反饋設備，這些設備使用編碼器來檢測系統(tǒng)中的錯誤，并通過圍繞電機、扭矩、速度或位置的控制回路來糾正此錯誤以滿足機構的所需性能。提供多種編碼器選項。在旋轉電機中，選項包括典型的玻璃盤或新型低成本磁性、正交、極其堅固的旋轉變壓器、模擬正弦/余弦和多圈格式，無需歸位。線性編碼器技術提供與旋轉設備上可用的技術類似的技術：更低的可聽噪音：正確調諧的伺服電機是忍者般的安靜。伺服驅動應用中大的噪聲源通常是傳動系統(tǒng)或軸承。步進電機在運行期間通常會發(fā)出大約 68 dB 的聲音。靈活的繞線技術：現(xiàn)代設計軟件可以非常接近地模擬伺服電機的性能。伺服電機通常可以以非常可控的、幾乎類似于 CNC 的方式進行特殊纏繞，以使其性能曲線與應用的速度和扭矩要求相匹配。

直接驅動技術與步進電機

兩個等效堆疊長度 NEMA 框架電機的比較 — 步進電機 (HV233) 和伺服電機 (SM233)。顧名思義，直接驅動技術可在電機和有效載荷之間建立直接耦合，而無需使用任何機械減速或傳動系統(tǒng)。它的主要缺點是缺乏機械優(yōu)勢。應用所需的任何力或扭矩都必須由電機直接產生，這可能需要使用更大的電機和更大的總電流。但是，在儀器設計方面，直接驅動技術比步進器具有以下幾個優(yōu)勢：集成旋轉套件電機：在許多情況下，旋轉套件電機可以減小給定應用的尺寸。在旋轉應用中，套件電機消除了齒輪或皮帶。在線性應用中，它們也可以直接集成到螺釘上以消除耦合，這會增加執(zhí)行器的總長度和柔順性。旋轉套件電機通常包括：定子或線圈——這是電機的繞制銅質部分，它使用電流產生磁場來驅動電機。轉子 - 定子將磁場施加到一組固定的磁鐵上，通常稱為轉子。霍爾效應傳感器 - 小霍爾效應傳感器相對于彼此以不同的偏移量放置，以在驅動電子設備內建立換向角，以指示在給定的旋轉位置應接收功率的相位。集成直線電機：本質上，直線伺服電機就像一個平鋪的旋轉電機。電機直接與負載耦合，因此沒有機械優(yōu)勢，應用所需的所有力都必須由電機直接產

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